作者：赵子艳
螺栓作为机械制造领域和工程领域零部件装配中最为常见和基础的一种配件，在紧固结构中发挥着巨大的作用。在使用螺 栓加固某部件时，防止螺纹紧固件发生松动，对其紧固效果进行预紧处理，确保螺纹紧固件在工作中连接稳固可靠非常重要。它是确保工 程或机械安全的重要基础。文章通过对螺纹紧固件连接发生松动的主要原因分析，对紧固力的分析，提出了螺纹紧固件预紧和防松的主 要措施。螺纹是机械传动与连接中的主要因素，具有结构紧凑、连接可靠、 便于安装和拆卸等诸多优点。螺纹紧固件通过螺纹可以实现专业化的 大批量生产，在保证螺纹紧固件产品质量的同时还能够大大降低生产 成本，因而螺纹成为目前机械与工程领域使用最为广泛的一种连接方 式。然而，由于螺纹紧固件产品规格与类型繁多，且影响因素多、变化 快，使得一些关键部位的螺纹紧固件极易发生连接松动现象。因此，必 须要采取相应的预紧与防松措施。螺纹紧固件连接发生松动的主要原因分析在造成螺纹紧固件松动的所有原因中，螺 纹连接的自松动是发生频率最高的一个失效原因。根据上文对螺纹紧 固力的受力情况分析，以及从物理角度考虑，当一个物体处于一斜面上 时，其会受到向下的重力、平行于斜面的摩擦力以及垂直于斜面的支持 力。当水平分力大于摩擦力时，物体就会向下滑动。与这一物理原理相 同，螺栓中的螺纹是等距螺旋斜线，螺栓受到压力会分解成水平分力和 轴向分力。当螺栓受到振动时，瞬时的平行分力会超过摩擦力，从而使 螺栓开始沿着螺纹旋斜线向下转动[1] 。长期这样，就会造成螺纹紧固件 发生松动，连接不紧密。 通常情况下，当螺纹紧固件被拧紧投入 使用后，其支承面、螺纹型面、被连接零件的所有接触面等各个接触面 的粗糙程度会随着使用的不断磨合而逐渐减小，逐渐变得光滑，尤其是 在振动或冲击的环境中。这一现象的发生会导致螺纹紧固件的连接状 态发生变化，预紧力逐渐失效，进而产生松动。针对这种初始松动现象， 不需要马上采取防松处理措施，而应该在其工作一段时间后，通过对其 紧固状态的检查与重新拧紧，而使其恢复预紧力[2] 。为便于分析，本文主要对矩形螺纹上的受力情况进行分析。首先， 沿着平均直径将矩形螺纹展开，取得斜角与螺纹升角相等的斜面。然 后，将螺母视为承受轴向荷载的滑块，并假设其推力的作用方向与平均 直径相切，与拧紧连接副力矩等效。当该滑块作匀速直线运动或处于静 止时，会受到三个方向的力作用，即摩擦力、轴向荷载以及推力。当该滑 块沿着斜面匀速下降时，摩擦力方向发生变化，变成滑块的阻力，作用 于其上的各力相互平衡。当该滑块沿着斜面匀速上升时，作用于其上的 力相互平衡。采用规格相同的双螺母结构来代替原有的单 螺母结构。可以有效提高螺纹紧固件的防松效果，提高螺纹紧固件连接 的可靠性。首先，利用 80%的装配扭矩拧紧双螺母中的内螺母。然后，利 用 100%的装配扭矩拧紧外螺母。这样操作后既可以大大增加螺纹紧固 件中的摩擦阻力，又可以有效提高两个螺母之间的贴合度，与单螺母相 比发挥双倍的紧固效果。但是，这种方法存在一些缺点，即会增加螺纹 紧固件自身的重量，且对螺母安装的空间具有一定要求，使得其应用具 有一定局限性。随着螺纹紧固件预紧与防松处理研究的不断深入，相信 这些缺点会逐渐的被克服与解决[3] 。 增大螺纹紧固件之间或螺母连 接处的摩擦力是螺纹连接处实施防松处理最常采用的一种方式，也是 较为有效的一种方法。它不仅打破了传统方法的空间限制，而且可以循 坏使用；既符合经济性原则又具有良好的防松效果。此外，采用焊接、涂漆等手段来破坏螺纹紧固件中的运动副关系，也能够在一定程度上起 到防松的效果。但由于这种方法会破坏螺纹紧固件原有的结构形式，导 致螺纹紧固件无法实现重复利用，所以其通常只被用于对一次性螺纹 紧固件的预紧与防松处理当中[4] 。 现阶段，应用于螺纹紧固件预紧和防松处 理的垫圈主要有鞍形弹性垫圈、弹簧弹性垫圈、齿形弹性垫圈和波形弹 性垫圈等。之所以在螺纹紧固件的预紧与防松处理中需要使用弹性垫 圈，其依据的主要原理是利用弹性垫圈翘齿产生的摩擦力或产生的外 弹力来减小螺纹紧固件连接处发生松动的概率，从而达到紧锁与加固 螺纹连接处的目的。这种方法安装操作简单便捷、成本低廉、连接容易， 是当前螺纹紧固件预紧与防松处理过程中使用作为普遍的一种处理方 式。但有一点需要我们注意，由于弹性垫圈材料性质清脆，如果螺纹紧 固件发生剧烈振动或强大的冲击，将会导致螺纹连接发生松动，从而埋 下一定的安全隐患。所以，在易发生震动和冲击的部位，不适合采用这 种防松措施，而对于关键的螺纹连接处也不应单独使用弹性垫圈进行 紧固件防松。 对预紧力进行合理控制，是防止螺纹紧固件连 接发生松动的有效措施之一。这种方法不需要对螺栓、螺母的结构做任 何改动，而是通过利用螺纹的自锁特性来合理控制预紧力，最终达到防 松的效果。对于安装控制要求高的情况，可以采用直接控制预紧力方 式，即在安装过程中对预紧力的大小进行测量与控制。目前，主要采用 的工具有液压安装机、测量螺栓应力等[5] 。由于直接控制预紧力方式需 要专门的技术和设备，难以得到广泛的推广，所以人们往往会选择相对 经济的间接控制预紧力方式。这种间接控制预紧力方式也被称为扭矩 控制法。它通过使用扭矩系数来将预紧力转换成装配扭矩，再使用测量 扭矩装配机来保证拧紧扭矩，从而间接对预紧力进行控制。为保证扭矩 控制法可以达到预期的防松效果，需要对连接副的扭矩系数进行事先 准确的测定，并保证同批零件的扭矩系数具有较小的离散性。在螺纹紧固件的实际预紧与防松处理过程中，其实有效的处理方 法有很多，本文只是分析了其中的极小一部分。但无论采用哪种处理方 法都应该在熟练掌握方法的操作步骤基础上，分析其优缺点与适用情 形，并将其与螺纹紧固件的使用环境进行紧密结合，使其防松处理符合 实际需求，符合螺纹紧固件的使用背景，从而使螺纹紧固件具备良好的 连接效果。同时，还应在不断的实践过程中逐渐积累经验，找出造成螺 纹松动的根本原因，进而有针对性的进行处理。
